Емкостный датчик влажности материалов Советский патент 1980 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для контроля однородности и влажности листовых диэлектриков. Известен емкостный датчик влажности, содержащий неподвижный электрод, выполненный в виде полого металлического цилиндра, и подвижный электрод, выполненный в виде сплошного металлического цилиндра. С цель компенсации толщины слоя материала наружный цилиндр снабжен кольцевым выступом с конусообразной внутренней поверхностью, образующим с подвижным электродом компенсирующий конденсаНедостатком известного датчика яв ляется невысокая точность компенсации толщины материала, обусловленная неидентняным изменением емкостей рабочего и компенсирукнцего конденсаторов при изменении толщины материала. Известен также емкостный датчиквлажности материалов,содержащий коррус с основанием для контролируемого материала, измерительный и компенсирующий конденсаторы, каждый из которых образован подвижным и неподвиж.ным электродами 2 . С целью компенсации влияния толщины материала датчик снабжен дополнительным кольцевым электродом, образующим с подвижным электродом компенсирующий конденсатор. Данный датчик является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Недостатком данного датчика является необходимость вырезать образец определенной формы для проведения измерений, что усложняет измерения. Кроме того, датчик может контролировать лишь некоторые материалы с различной диэлектрической проницаемостью. Цель изобретения - упрощение измерений и исключение влияния диэлектрической проницаемости. Поставленная цель достигается тем, что в датчике, содержащем корпус с основанием для контролируемого материала, измерительный и компенсирующий конденсаторы, каждый из которых обра-, зован подвижным и неподвижным электродами, перпендикулярно основанию установлен подпружиненный шток, на котором в параллельных плоскостях закреплены подвижные электроды обоих конденсаторов, при этом неподвижный

электрод компенсирующего кондесатора закреплен на корпусе под его подвижным электродом, а неподвижный электрод измерительного конденсатора расположен в основании. С целью исключения влияния диэлектрической проницаемости электроды компенсирующего Конденсатора выполнены в виде сектоipOB и один из них выполнен поворотным.

На фиг. 1 изображен емкостный датчик, разрез; на фиг. 2 - компенсирующий конденсатор, сечение А-А фиг. 1.

Емкостный датчик содержит корпус 1 с основанием 2 для контролируемого материала, измерительный и компенсиругаций конденсаторы.

В корпусе перпендикулярно основанию 2 установлен подпружиненный шток 3, на котором в параллельных плоскостях закреплены подвижные электроды 4 и 5 конденсаторов. Под подвижным электродом 4 на корпусе закреплен неподвижный электрод б, образующий вместе с электродом 4 компенсирующий конденсатор. Электроды 4 и б выполнены из секторов, причем электрод 4 может поворачиваться. Другим неподвижным электродом является основание 2, образующее вместе с электродом 5 измерительный конденсатор, диэлектриком которого служит контролируемый материал. Датчик снабжен поворотной головкой 7 и с помощью кронштейна 8 закреплен на основании 2.

Емкостный датчик работает следующим образом.

Предварительно выбирается высота установки датчика в кронштейне 8 таким образом, чтобы при касании подвижного электрода 5 и основания 2 зазор между подвижным 4 и неподвижным б электродами компенсирующего конденсатора отсутствовал. После этого создается воздушный зазор между подвижным эле| тродом 5 и основанием 2. Поворотной головкой 7 площадь перекрытия электродов компенсирующего конденсатора устанавливается равной площади подвижного электрода. В этом положении производится балансировка мостовой измерительной схемы, в смежные плечи которой включены измерительный и компенсирующий конденсаторы датчика.

Когда на основание 2 помещается контролируемый материал, происходит подъем подвижных Электродов 4 и 5, при этом зазор компенсирующего конденсатора устанавливается равньлм толщине контролируемого материала. Компенсация разности диэлектрических проницаемостей воздуха и контролируемого материала ооу1цествляется за счет соответствующей установки площади перекрытия пластин компенсирующего конденсатора путем поворота головки 7 и связанного с ней подвижного электрода 4.

Изменение толщины контролируемого материала при его перемещении .относительно подвижного электрода приводит к соответствующему изменению зазора между электродами компенсирующего конденсатора. Компенсация влияния толщины материала достигается при условии равенства емкостей измерительного и компенсирующего конденсаторов в процессе контроля:

С Cj;

где С - емкость измерительного конденсатора, С2 - емкость компенсирующего

конденсатора.

Данное уравнение можно записать с учетом значения емкости плоского конденсатора в следующем виде:

fiSi е-, 5

ч

где .. и ЕО диэлектрические проницаемости контролируемого материала и воздуха,

площади перекрытия

М электродов измерительного и компенсирующего конденсаторов;

d - толщина контролируемог материала;

d- - расстояние между электродами компенсирующего конденсатора.

Учитывая, что d всегда равно d, можно записать: ,s, e.s

Принимая диэлектрическую проницаемость воздуха равной 1, получаем: $2 .

Таким образом, для полной компенсации влияния толщины материала необходимо , чтобы площадь перекрытия платин компенсирукядего конденсатора был в раз больше площади подвижного электрода, что достигается поворотом электрода 4.

Изобретение позволяет упростить процесс измерений и исключить влияние диэлектрической проницаемости.

Формула изобретения

1. Емкостный датчик влажности материалов , содержащий корпус с основанием для контролируемого материала измерительный и компенсирующий конденсаторы, каждый из которых образован подвижным и неподвижным электродами, отличающийся тем, что, с целью упрощения измерений, в корпусе датчика перпендикулярно основанию установлен подпружиненный шток, на котором в параллельных плоскостях закреплены подвижные электроды обоих конденсаторов, при этом неподвижный электрод компенсирующего конденсатора закреплен на корпусе по его.подвижным электродом, а неподвижный электрод измерительного конденсатора расположен в основании.

2. Датчик попЛ, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния диэлектрической проницаемости, электроды компенсирующего конденсатора выполнены в виде секторов и один из них выполнен поворотным.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР . 362234, кл. G 01 N 27/22, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР 363027, кл. G 01 N 27/22, 1971 (прототип).